食品酶学导论：酶在食品添加剂生产中的应用

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：酶本身作为食品添加剂的重要一员，而且在其他食品添加剂的加工生产中也得到广泛应用。食品乳化剂在加工中的用途十分广泛，除乳化外还有稳定、起酥、防老化等作用。脂肪酶的最佳反应条件也与酶的来源有很大关系。食品鲜味剂是指赋予食品鲜味的一类添加剂，被广泛应用以增强食品的风味。

酶本身作为食品添加剂的重要一员，而且在其他食品添加剂的加工生产中也得到广泛应用。

食品乳化剂是食品加工过程中使互不相溶的液体（如油和水）形成稳定乳浊液的添加剂。食品乳化剂能够改善乳化体系中构成相之间的表面张力，使之形成均匀、稳定的分散体系或乳化体系，从而改善食品的组织结构，使食品的口感和风味更加和谐。食品乳化剂在加工中的用途十分广泛，除乳化外还有稳定、起酥、防老化等作用。

近年来，酶在非水相中的催化技术的发展对整个研究起到了推动作用，尤其是脂肪酶在有机相中能够催化油脂分解、酶交换和配合反应，显示出它在乳化剂合成、改性及其他有机合成领域的巨大应用潜力。

脂肪酶即甘油三酯水解酶（lipase，EC 3.1.1.31），广泛存在于动物组织、植物种子和微生物中，能催化天然油脂底物水解，是生物体代谢不可缺少的水解酶。根据来源不同，工业制取的脂肪酶可分三类：动物性脂肪酶（猪的胰腺等）、微生物脂肪酶（真菌如曲霉、毛霉等，细菌如假单胞菌等）和植物性脂肪酶。由于脂肪酶的来源不同，结构也存在差异，所以底物特异性也不同。脂肪酶的底物特异性包括：①脂肪酸特异性；②位置特异性；③立体结构特异性。脂肪酶的最佳反应条件也与酶的来源有很大关系。一般来源于微生物的脂肪酶的最适条件为pH7.0、37℃；动物性脂肪酶的最适条件为pH9.0、37℃。在实际生产过程中，可以利用脂肪酶催化油脂选择性水解生产单甘酯、脂肪酸和甘油，或者催化油脂醇解生产单甘酯，另外，还可利用脂肪酶通过酯交换反应对大豆磷脂进行改性。整个工艺比化学方法催化效率高，副产物少，产物分离简单，可以酶柱反应器、膜反应器或者游离的形式进行生产。

1.脂肪酸单甘油酯的酶法合成

生物转化法合成单甘酯是制备单甘酯的新方法，也是近年来酶工程的研究热点之一。以天然脂、合成三甘酯、脂肪酸和甘油为原料，脂肪酶为催化剂，通过多种反应途径在不同的反应体系中可以合成单甘酯。

由于脂肪酶催化合成单甘酯的底物脂肪酸（酯）与甘油互不溶解，造成接触困难，使反应难于发生。许多研究者研究了多种反应体系，包括微乳液体系、无溶剂体系、选择性吸附体系、表面活性剂包埋体系。很多反应体已在实验室规模上实现了间歇或连续生产。反应器类型包括间歇搅拌反应器、固定床反应器、隔膜反应器、连续微孔膜反应器等。

2.蔗糖脂肪酸酯的酶法合成

蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯（sucrose fatty acid esters，SE），是蔗糖与正羟酸反应生成的一大类有机化合物的总称，属多元醇酯型非离子表面活性剂，以其无毒、易生物降解及良好的表面性能，广泛应用于食品、医药、化妆品等行业，是联合国粮食及农业组织和世界卫生组织（WHO/FAO）推荐使用的食品添加剂。用根霉菌、肠杆菌、曲霉菌、假单胞菌、色杆菌、黏液菌和青霉菌属的脂肪酶催化蔗糖和硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸等反应，使蔗糖与脂肪上的碳链部分发生酯化反应，可生成蔗糖酯。在有机溶剂中，利用脂肪酶的催化作用，将脂肪酸或脂肪酸低级烷基酯（如甲基酯、乙基酯）与蔗糖进行直接酯化或酯交换反应，可以生产出不同酯化度的蔗糖酯。(www.chuimin.cn)

3.磷脂的酶法改性

从大豆油中提取的豆磷脂是多种磷脂的混合物，其主要成分是卵磷脂、脑磷脂及磷酸肌醇等。豆磷脂可用于生产各种专门的磷脂，广泛用于食品、涂料、皮革等工业，还可用于生产单一磷脂。单一磷脂用于医药、化妆品等。由于未经改性的大豆磷脂水分散性不好，近年来，人们致力于对大豆磷脂进行精制与改性，以获得具有特定功能和用途的磷脂。磷脂改性包括物理改性、化学改性和酶改性。其中生物酶改性应用最广，而且最具工业化生产潜力。由于磷脂分子上有许多功能基团，用酶法改性可以提供精确的定向选择及精确的控制改性程度。

对于甘油磷脂而言，用于磷脂改性研究的酶主要是包括磷脂酶A₁、A₂、C、D的磷脂酶（phospholipase）和包括1，3-特异性脂肪酶和非特异性脂肪酶的脂肪酶类（EC 3.1.1.3）。另外，还有部分磷脂酶，如能同时水解两个酰基链的磷脂酶B（phospholiase B，EC 3.1.1.5），能直接水解溶血磷脂的溶血磷脂酶（lysophospholipase，EC 3.1.1.5），有关这两种酶研究报道还较少。对于鞘磷脂而言，可用于改性研究的酶主要有鞘磷脂酶（sphin-gomyelinase，EC 3.1.4.12），它能催化鞘磷脂水解生成神经酰胺和胆碱磷酸（phosphocholine）。磷脂酶C、D和神经酰胺酶（ceramidase）也能作用于鞘磷脂。

食品鲜味剂是指赋予食品鲜味的一类添加剂，被广泛应用以增强食品的风味。目前，我国批准许可使用的鲜味剂有氨基酸类鲜味剂，如L-谷氨酸钠（mono-sodiumglutamate，MSG）、天冬氨酸钠（sodium aspartate）、L-丙氨酸（L-alanine）、甘氨酸（L-Glycine）、核糖核苷酸类鲜味剂5′-鸟苷酸（5′-guanylate，GMP）、5′-肌苷酸（5′-inosinate，IMP）、琥珀酸（succinic acid）及其钠盐，以及植物水解蛋白、动物水解蛋白、酵母抽提物等。

呈味核苷酸是5′-核苷酸，包括5′-肌苷酸（5′-inosine monophosphate，IMP）和5′-鸟苷酸（5′-guanosine monophosphate，GMP）等。在自然界，5′-肌苷酸广泛存在于多种动物特别是肉类和鱼类中；5′-鸟苷酸主要存在于蔬菜尤其是存在于以香菇为代表的食用菌类之中，在肉类中的含量甚微。鸟苷酸是组成核酸的核苷酸之一，肌苷酸则是腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟苷酸的生物合成的重要中间产物。工业上生产5′-肌苷酸和5′-鸟苷酸的方法主要有三种：①核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）酶解法；②发酵法和化学法相结合的方法，即采用微生物发酵的方法，生产出核苷酸，然后再由化学法进行磷酸化；③直接发酵法。

核糖核酸酶解法采用核糖核酸RNA水解酶对酵母菌体分离出来的RNA进行水解，从而得到5′-肌苷酸和5′-鸟苷酸（图11-28）。酵母菌中，RNA含量为干菌体的10%～15%。酵母菌体可以从糖质原料或亚硫酸制浆废液发酵培养制备。

图11-28 酶法水解RNA基本原理

酶法水解RNA所采用的5′-磷酸二酯酶，过去来自牛的小肠黏膜和蛇毒等材料。后来发现，在橘青霉和金色链霉菌中也有这种酶。现在工业生产上以培养微生物作为酶源。采用橘青霉的5′-磷酸二酯酶水解RNA时，得到的产物为5′-腺苷酸、5′-鸟苷酸、5′-胞苷酸、5′-尿苷酸混合物，还需采用米曲霉产生的5′-腺苷酸脱氨酶将混合物中的5′-腺苷酸脱氨生成5′-肌苷酸；在采用金色链霉菌时，其培养液中除含有5′-磷酸二酯酶外，还含有5′-腺苷酸脱氢酶，所以在其RNA酶法水解液中不含有5′-腺苷酸。从RNA中提取出5′-肌苷酸和5′-鸟苷酸后，还有一半与呈味无关的嘧啶核苷酸，如5′-胞苷酸和5′-尿苷酸，对它们进一步的开发利用可以使酶法水解RNA成本有所降低。酶解的工艺条件可参考如下：10%～15%的酵母悬浮液高压均质后，加入自溶促进剂和6×10⁴U/mL的木瓜蛋白酶，50～60℃下自溶16h后快速升温至95℃灭酶（10min），冷却至60～70℃，如有需要再进行二次酶解，酶解结束后再精心分离提纯。

食品酶学导论：酶在食品添加剂生产中的应用

相关推荐